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潔淨鋼冶煉用耐火材料

來源:本站      發布日期:2018-10-26

  耐火材料在潔淨鋼生產中起著重要作用,特別是在鐵水預處理、二次精煉、中間包和連鑄中,這是因為在冶煉過程中,耐火材料在高溫鋼中的溶解增加了相關元素的含量。或與鋼液中的元素發生反應,特別是有色金屬元素形成非金屬夾雜物,以及由非金屬夾雜物引起的耐火材料熔化損傷對鋼水的清潔度有一定的影響。因此,在潔淨鋼冶煉中使用的耐火材料不僅要具有較高的抗熱震性和耐腐蝕性,而且要對鋼水無汙染或低汙染。EL,甚至淨化鋼液,減少無機非金屬夾雜物。

  熱力學上,高溫氧化物和鋼水之間存在一個平衡的氧含量(氧勢)。鋼水中耐火材料的平衡氧含量對鋼水的潔淨度有重要影響,因為高氧含量容易引起鋼水中氧的增加,形成非金屬夾雜物。認為耐火氧化物和複合耐火氧化物對鋼水的增氧作用順序為Cr2O3SiO2 Al2O3MgOZrO2 CaO和MgO。Cr 2O 3ZrO2SiO2 3Al2O3.2SiO2 2MgO。SiO2 2CaOSiO2 MgOAl2O3CaO因此,在冶煉低氧鋼時,宜采用氧化鎂、氧化鋯、氧化鈣或尖晶石等耐火材料。鋼水中硫的增加與鋼中難熔氧化物和複合氧化物的平衡氧勢有關。它與鋼水中難熔氧化物的氧勢有著相似的規律。堿性氧化物耐火材料有利於鋼水的脫硫,鋼水的脫磷也與基礎耐火材料密切相關,尤其是CaO和MgO。粘結劑中必須含有一定量的CaO,可以抑製磷向鋼水的增加。另外,澆注低磷鋼時,最好不要使用磷酸鹽作為中間包襯的粘結劑。耐火材料會造成鋼水氫化的危險,導致氫脆。在1600℃時,碳在鐵水中的溶解度為5.41%。當熔煉低碳鋼或超低碳鋼時,含碳耐火材料中的碳容易溶入鋼水中。鋼水滲碳過程中的TIN。

  耐火材料的種類對鋼中夾雜物的種類和形態也有一定的影響。Al-Mg(C)耐火材料中夾雜物主要為矽酸鋁,MgO耐火材料為鎂橄欖石複合氧化物,MgO-Ca(C)耐火材料為CaO-Al2O3-SiO2-FeO。以不同鎂鋁質澆注料為內襯,研究了不同內襯對82B鋼中夾雜物的影響。結果表明,富鋁鎂鋁襯精煉鋼中SiO2-Al2O3係夾雜物主要為SiO2-Al2O3夾雜物,夾雜物尺寸大、硬度高;吃,發現在鋼中。夾雜物尺寸小、硬度低、塑性好,而富鎂鋁襯有利於潔淨鋼的冶煉。

  LF精煉是煉鋼工業中應用最廣泛的設備之一。它不僅要求耐火材料的使用壽命長,而且要求鋼水的淨化,至少對鋼水無汙染。目前,隻有鎂鈣耐火材料才能滿足這一要求,包括燒成鎂鈣磚和未燒成鎂鈣磚。鋁耐火材料具有優異的耐高溫和抗渣侵蝕性能。遊離CaO能吸收鋼水中的S、P等非金屬夾雜物,對減小鋼水尺寸(30~350微米)有明顯效果。夾雜物的硬度很小,耐火材料可以廣泛地淨化鋼水,在不鏽鋼冶煉AOD爐中廣泛使用,但MgO-CaO耐火材料也具有易水化、燒結困難、抗剝落性差等缺點。研製性能優良的MgO-CaO耐火材料並克服這些缺點勢在必行,開發高檔MgO-CaO耐火材料、幹式MgO-CaO搗固材料和MgO-CaO澆注料將是今後的發展方向。鋁鎂尖晶石磚的脫硫率最高,有利於深脫硫,其次是鎂碳磚,氧化鎂材料最差。然而,在爐襯中使用尖晶石磚或鎂碳磚會導致鋼水的滲碳。LF精煉超低碳鋼時,應考慮在鋼包內襯材料中使用無碳耐火材料。與MgAlON粘結的堿性耐火材料無汙染,可適用於精煉爐。對環境汙染小,對鋼液汙染小,高溫穩定性好,與渣或金屬熔體潤濕性差,但由於成本或製備問題,該材料一直沒有實際應用。鎂鉻耐火材料是RH上罐常用的耐火材料,但存在環境問題。開發鎂鉻鋯磚、鎂鈣噴塗等非鉻耐火材料是RH耐火材料的發展方向。

  精煉後的鋼水純度較高,進一步提高或保持鋼水的純度是連鑄過程控製的關鍵,因此,保護整個鑄造過程不受鋼包中間包結晶器的影響是避免二次氧化和磷汙染的關鍵。溶解鋼水,減少夾雜物的產生。目前,中間包襯有塗料和幹燥材料,特別是MgO-CaO塗料。中間包內襯CaO含量可達40%以上。該塗料在使用中可以淨化鋼水,為了延長中間包的使用壽命,幹式料襯在鋼鐵廠得到了廣泛的應用。以MgO或MgO-CaO為主要原料,根據中間包內鋼液流動狀態的冶金原理,在中間包內加入擋渣牆、堰壩、緩衝器和氣幕組合結構,控製鋼液流動狀態,使鋼液流動軌跡一致。穩定,有助於夾雜物浮起和有效去除,更有利於潔淨鋼的生產。陶瓷過濾器也是超潔淨鋼所需的功能耐火材料。該材料可分為Al2O3-SiO2、Al2O3-ZrO2、MgO-ZrO2、CaO、Al2O3、ZrO2等係列。通常,CaO或Al2O3陶瓷過濾器用於大規模生產。

  Al2O3-C和Al2O3-ZrO2-C材料在中國鋼鐵工業連鑄坯中得到了廣泛的應用。C的含量一般為8%~12%。在澆注純淨鋼時,會引起鋼水滲碳的問題。采用低碳、超低碳或無碳滑動材料是實現保護澆注全過程的關鍵耐火材料。它們在防止鋼水二次氧化、消除非金屬夾雜物和控製鑄件穩定性方麵起著重要作用。報道了采用長噴嘴和氬氣密封技術可將氮氣增量降低到1ppm~2ppm,含碳材料是連鑄的三大組成部分。冶煉潔淨鋼的主要問題是碳汙染。減少材料的碳含量可以減少這種危害。但隨之而來的問題是材料的抗熱震性降低,使用安全性得不到保證,為此,人們開發了長噴嘴或內襯無碳層的浸沒式噴嘴。然而,產品的外部狀況並沒有得到有效的改善。無碳或低碳材料在鋼水浸沒部分的應用將是今後長噴嘴或浸沒式噴嘴的研究開發重點。連鑄生產及鋼材質量。采用防堵塞浸沒式噴嘴可以有效地改善這種情況。這種噴嘴通常內襯有尖晶石、CaZrO3-C、Al2O3-SiO2等特殊材料,使表麵反應性降低或堵塞,形成低熔點物質。浸入式噴嘴,改善結晶器內鋼液的分布,整體塞棒頭的熔化損失是鋼液汙染的主要來源。通過降低棒頭的含碳量,不僅可以減少汙染,而且可以大大提高使用壽命。采用低碳塞棒可使鋼廠的碳增量減少2.5 ppm。

  結果表明,含碳耐火材料中的碳含量、抗氧化劑的種類和製備工藝對鋼水的滲碳效果均有影響,但碳含量是影響滲碳效果的主要因素。在鑄造低碳鋼或超低碳鋼時,不僅使鋼液中的碳含量增加,而且使Mg-C材料的導熱係數增加。鋼包冷卻問題也十分突出,爐渣性能差是製約其發展的主要瓶頸,已成為當前研究的熱點,添加金屬(Al、AlMg、Si等)、碳化物(SiC、B4C、TiC等)、氮化物(TiN、TiCN等)、硼化物(ZrB2、CaB6等)成為鋼包冷卻研究的熱點。納米粒子(納米炭黑)對材料的性能均有顯著改善,采用VOD冶煉不鏽鋼時,選用碳含量分別為4%和6%的鎂碳材料作為寶鋼爐襯。它不僅不影響不鏽鋼的質量,而且可以明顯提高使用壽命,減少耐火材料的消耗。

  低碳或無碳耐火材料在冶煉超低碳鋼和純淨鋼減少碳增加耐火材料鋼液作用所需要的。與高含碳耐火材料相比,低碳耐火材料的發展已報道的奧爾夫抗渣侵蝕和抗熱震性能的問題。目前,MgO-C材料含碳量為3%的應用程序已被報道,但與預期壽命的性能仍有待提高。最近,一種新的製備低碳耐火材料的概念報道了通過催化生長原位合成低碳MgO-C材料的方法。通過優化粒子結構和催化劑的選擇、製備的材料不僅有很強的那麽具有較好的抗熱震性和抗渣性,製備低碳MgO-C材料也可用於製備低碳耐火材料的方法,這樣的Al2O3-C和ZrO2-C材料,因為用於連鑄功能耐火材料具有較高的碳含量,使鋼液增碳的鑄造過程中,低碳功能耐火材料含碳纖維或碳納米管,如較低的汽車滑板、長嘴、塞子和浸沒式噴嘴可以通過催化生長或其他方法原位獲得。生產潔淨鋼、超低碳鋼或純淨鋼具有十分重要的意義。

  無碳鋼包材料具有無碳、無汙染、無滲碳等特點,特別適用於冶煉低碳鋼、超低碳鋼和清潔鋼。無碳材料有整體澆注料(主要是剛玉尖晶石、剛玉鎂質澆注料)、澆注預製件、無碳機械壓磚(氧化鋁鎂砂或氧化鋁尖晶石)等。在國內鋼廠LF-VD精煉爐上應用了鰻魚,經120次加熱,剩餘厚度仍為110mm,取得了良好的效果。

  耐火材料的材質和結構配置是影響純淨鋼質量和性能的重要因素。堿性和無碳耐火材料是減少耐火材料汙染的重要方麵。功能耐火材料需要低碳或無碳材料,減少鋼液中碳的添加,開發無碳複合功能耐火材料是今後的重要研究課題。鋼水口結構對改善鋼水流動狀態起到了積極作用,可有效減少夾渣,促進夾雜物上浮,同時,潔淨鋼用低汙染耐火材料的一體化技術也是今後的研究方向。

 

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